Zellen sind mikroskopisch kleine Mehrzweckbehälter, die die kleinsten unteilbaren Einheiten des Lebens darstellen, indem sie Fortpflanzung, Stoffwechsel und andere "lebensechte" Eigenschaften manifestieren. Da prokaryontische Organismen (Mitglieder der Klassifizierungsdomänen Bakterien und Archaea) fast immer aus einer einzigen Zelle bestehen, sind viele eigenständige Zellen buchstäblich am Leben.
Zellen nutzen ein Molekül namens Adenosintriphosphat oder ATP als Brennstoffquelle. Prokaryoten verlassen Sie sich nur auf Glykolyse – der Abbau von Glucose zu Pyruvat – als Weg zur Synthese von ATP; Dieser Prozess liefert insgesamt 2 ATP pro Glucosemolekül.
Im Gegensatz, Eukaryoten – Tiere, Pflanzen und Pilze – sind beide viel größer und besitzen weitaus komplexere Einzelzellen als Prokaryonten, sodass die Glykolyse allein ihren Energiebedarf nicht decken kann. Das ist wo Zellatmung, der vollständige Abbau von Glucose in Gegenwart von molekularem Sauerstoff (O2) in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) um ATP zu bilden, kommt rein.
Lesen Sie mehr darüber, was Zellatmung ist.
Terminologie des Zellstoffwechsels
Der Zellatmungsprozess findet in Eukaryoten statt und umfasst technisch gesehen die Glykolyse, die Krebs Zyklus und der Elektronentransportkette (ETC). Das ist weil alle Zellen behandeln Glukose zunächst auf die gleiche Weise – indem sie die Glykolyse durchlaufen. Dann kann Pyruvat in Prokaryoten nur in die Fermentation eintreten, wodurch die Glykolyse durch die Regeneration eines Zwischenprodukts namens NAD. "stromaufwärts" fortgesetzt werden kann+.
Da Eukaryoten jedoch Sauerstoff verwenden können, treten die Kohlenstoffmoleküle des Pyruvats als Acetyl-CoA in den Krebs-Zyklus ein und verlassen das ETC schließlich als Kohlendioxid (CO .).2). Die interessierenden Zellatmungsprodukte sind die 34 bis 36 ATP, die im Krebs-Zyklus gebildet werden, und das ETC zusammen – die beiden Teile der Zellatmung, die als Aerobic ("mit Sauerstoff") Atmung.
Die Reaktionen der Zellatmung
Die vollständige, ausgewogene Reaktion des gesamten Zellatmungsprozesses kann dargestellt werden durch:
C6H12Ö6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~38 ATP
Die alleinige Glykolyse, eine Form der anaeroben Atmung, die im Zytoplasma stattfindet, besteht aus der Reaktion:
C6H12Ö6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pich → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2Ö
Bei Eukaryoten, a Übergangsreaktion in Mitochondrien erzeugt Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) für den Krebs-Zyklus:
2 CH3(C=O)COOH + 2 NAD+ + 2 Coenzym A → 2 Acetyl-CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
Das CO2 tritt dann in den Krebs-Zyklus ein, indem es sich mit Oxalacetat verbindet.
Stadien der Zellatmung
Die Zellatmung beginnt mit der Glykolyse, einer Reihe von 10 Reaktionen, bei denen ein Glukosemolekül phosphoryliert zweimal (d. h. es hat zwei Phosphatgruppen an verschiedenen Kohlenstoffen) mit 2 ATP und dann in zwei Drei-Kohlenstoff-Verbindungen aufgespalten, die jeder liefern 2 ATP auf dem Weg zur Pyruvatbildung. So liefert die Glykolyse 2 ATP direkt pro Glucosemolekül sowie zwei Moleküle des Elektronenüberträgers NADH, der im ETC eine starke Rolle stromabwärts spielt.
Im Krebs-Zyklus CO2 und die Vier-Kohlenstoff-Verbindung Oxalacetat verbinden sich zum Sechs-Kohlenstoff-Molekül Zitrat. Citrat wird nach und nach wieder zu Oxalacetat reduziert, wobei ein Paar CO2 Moleküle und erzeugt auch 2 ATP pro CO2 Molekül, das in den Kreislauf eintritt, oder 4 ATP pro Glukose Molekül weit stromaufwärts. Noch wichtiger ist, insgesamt 6 NADH und 2 FADH2 (ein anderer Elektronenträger) synthetisiert.
Schließlich sind die Elektronen von NADH und FADH2 (d. h. ihre Wasserstoffatome) werden von Enzymen der Elektronentransportkette entfernt und verwendet, um die Anlagerung von Phosphaten an ADP anzutreiben, wodurch viel ATP entsteht – insgesamt etwa 32. In diesem Schritt wird auch Wasser freigesetzt. Somit beträgt die maximale ATP-Ausbeute der Zellatmung aus Glykolyse, dem Krebs-Zyklus und dem ETC 2 + 4 + 32 = 38 ATP pro Glucosemolekül.
Lesen Sie mehr über die vier Stadien der Zellatmung.